Redes - VoIP Teoria

1 Voz sobre IP - VoIP Luiz Arthur

A voz sobre IP (Voce over IP - VoIP) é um assunto que está em pauta por
especialistas em redes de telecomunicações pois tem como objetivo a
convergência (unificação) das redes existentes (PSTN, ISDN, LANs, WANs) em
uma única rede.

Esta nova rede integrada provavelmente se dará através do protocolo IP
(Internet Protocol), estendido para tratar de serviços prioritários de
telecomunicações, proporcionando assim que aplicações de voz, dados e
vídeo trafeguem através de uma única rede.

A integração de voz e dados em uma única rede trará inúmeros benefícios, já que
passara do sistema de comutação baseada em circuitos que é utilizada pela
rede de telefonia convencional para uma rede baseada em comutação por
pacotes que é empregada em redes de dados como a Internet.

A transmissão da voz através de redes IP só é possível devido ao fato de que o
sinal da voz pode ser convertido de analógico para digital através de sistemas de
codificação e decodificação, este sinal depois de codificado é empacotado para
ser posteriormente transmitido em forma de pacotes através de inúmeros
dispositivos que compõe as redes VoIP.


Um dos principais fatores que beneficiam a telefonia IP está na redução das
tarifas das ligações interurbanas, já que os roteadores IP não fazem distinção
entre uma ligação local e ligação à longa distância ao contrário dos
comutadores da rede telefônica convencional, onde essa cobra tarifas elevadas
para que uma ligação seja “levada” até o seu destino (tarifação por tempo).

Outro dos inúmeros beneficios, é que os pacotes de voz podem ser
direcionados através de vários caminhos distintos, não ficando restrito a um
único caminho como na telefonia convencional, possibilitando que uma ligação IP
continue em andamento mesmo que a linha de comunicação que ela estava
utilizando seja cortada por algum motivo (desde que haja outro caminho pré-
configurado para efetuar essa ligação). Isso seria impossível em redes baseadas
em circuitos.

Porém, a implantação desta nova tecnologia acarreta também inúmeros
problemas sendo o principal destes, o custo elevado para transformar toda a
infraestrutura tradicional em uma estrutura baseada em comutação por pacotes
através de redes IP.


Outro problema que o uso da VoIP trás é relacionado ao desempenho da rede
de dados que pode ficar comprometida durante uma conversa VoIP. É muito
difícil manter uma chamada de telefonia IP de boa qualidade sem sacrificar a
transmissão de dados ou vice e versa.

Para tentar resolver estes problemas podemos utilizar os padrões de VoIP, tal
como: H.323 e o SIP, que tem como características o gerenciamento das
chamadas VoIP, possibilitando uma melhor harmonia entre o trafego de voz e
dados.

Definição de Voz Sobre IP:

"V oz sobre IP é a técnica de transm i i
t r voz através de um a rede de dados que
realza
i com ut ação por pacot ut lzando prot
es ii o ocol de
o rede P".
I

Para conhecer VoIP é necessário que se compreenda, a evolução da PSTN
(Public Switched Telephone Network), criada por Alexander Graham Bell em
1876, que realizou a primeira transmissão de voz da história, através de um par
de fios conectados a dois dispositivos (telefone).


Em meados de 1996, foram realizadas as primeiras tentativas de se transmitir
voz através pela Internet, entretanto, os primeiros artigos sobre o assunto
datam do inicio dos anos 70.

Essas experiências com transmissão de voz em redes IP não seriam apenas mais
um serviço disponível na Internet, mas sim a união de dois meios de
comunicações que são imprescindíveis para a nossa sociedade atual.

Imagine poder transmitir dados e voz em uma mesma linha de comunicação, de
forma inteligente, sem ter a necessidade de interromper o serviço de dados para
realizar uma ligação telefônica ou enviar um e-mail durante uma chamada
telefônica, e isso é possível devido ao compartilhamento do mesmo meio de
físico (cabo) e lógico (protocolo IP).

Para realizar uma transmissão VoIP é necessário utilizar: uma linha telefônica
que forneça acesso a um provedor ou um canal de dados (link), um meio físico
que faça a conexão do dispositivo com a rede mundial de computadores (ex.
placa de modem ou rede), uma placa de som que possibilite gravar e
reproduzir sons simultaneamente (full-duplex), finalmente um software para
transformar todos os elementos citados acima em um Gateway de telefonia para
Internet.


À primeira vista, a tecnologia de VoIP como foi descrita anteriormente pode
parecer trivial, mas não é. Para ser um profundo conhecedor de VoIP é
necessário ter conhecimentos de telefonia analógica/digital, redes de
computadores, sistemas operacionais e protocolos específicos para VoIP (tal
como, H.323, SIP, etc).

É certo que em um futuro bem próximo todas ou quase todas ligação
passarão por algum tipo de dispositivo VoIP (por exemplo, a terceira geração
de telefones celular já utiliza redes baseadas em pacotes).

As ligações de telefonia IP serão tão simples que até uma pessoa leiga poderá
utilizar está tecnologia, mesmo que ela não saiba que esteja utilizando, já que
os dispositivos VoIPs estão tornando-se mais comuns e mais fáceis de se utilizar
a cada dia.

Exemplo uma pessoa, poderia ligar para você através de um telefone
convencional e você poderá atender no seu escritório através de seu laptop, sem
nenhuma dificuldade maior.

É quase certo dizer que a transição da infra-estrutura da telefonia atual
para um ambiente totalmente de voz sobre redes de pacotes será longa, já
que as prestadoras de serviços telefônicos terão que fazer altos investimentos
para implantar esse tipo de tecnologia, mas um dia isto poderá ser uma
realidade.


Vantagens e Desvantagens da PSTN

O sistema telefônico mais comum nos dias de hoje ainda é o analógico. A
telefonia analógica usa a modulação de sinais elétricos ao longo de um cabo
para transportar voz.

Apesar de ser uma tecnologia muito antiga, a transmissão analógica possui
muitas vantagens:

● É simples e mantém um índice de atraso de voz muito baixo em conexões
fim a fim, uma vez que o sinal se propaga ao longo do cabo na maioria das
vezes em tempo real;

● Apresenta baixo custo quando há relativamente poucos usuários falando ao
mesmo tempo, e quando eles não estão muito distantes entre si. Mas a
tecnologia analógica mais básica exige um par de cabos por conversação
ativa, o que o torna rapidamente caro.

Uma primeira melhoria da tecnologia analógica básica foi multiplexar
varias conversações no mesmo cabo, usando uma freqüência de transporte
separada para cada sinal (FDM). Isso possibilita que vários usuários possam
utilizar o mesmo canal de comunicação ao mesmo tempo, deixando a
comunicação por circuitos mais viável.


Mas mesmo com as vantagens apresentadas anteriormente, a telefonia
analógica apresenta muitas desvantagens:

● A menos que se usem mesas de comutação manual, as chaves analógicas
exigem uma grande quantidade de mecanismos eletromecânicos que são
caros de comprar e manter;

● Ruídos parasíticos são adicionados em todos os estágios da transmissão
porque não há como dizer o que é sinal e o que é ruído, de maneira que o
sinal não pode ser limpo.

Por essas razões, muitos países atualmente usam redes telefônicas
digitais. Mas, na maioria das vezes, a linha do assinante permanece analógica,
mas o sinal analógico é convertido em um fluxo digital na primeira central local.
Normalmente, esse sinal tem uma taxa de comunicação de 64 kbits/s.

Em transmissões telefônicas digitais vários canais de voz podem ser
multiplexados ao longo da mesma linha de transmissão, sendo utilizado
para tanto uma técnica chamada de multiplexação por divisão de tempo (TDM -
Time Division Multiplexing).

Através do TDM, o fluxo de dados digitais que representa uma única conversão é
dividido em blocos (geralmente um octeto, também chamado de amostra) e
blocos de varias conversações são intercalados em seqüência nos intervalos
de tempo da linha de transmissão.


Com a utilização da tecnologia digital na telefonia convencional, o ruído
adicionado na estrutura de rede não influência a qualidade da comunicação, uma
vez que sinais digitais podem ser reparados.

O equipam ent o de com utação precisa apenas copiar o cont eúdo de um i erval
nt o de
t po da lnha de t
em i ransm i
ssão de chegada em um outro pont i erval
o nt o de em po da
t
lnha t
i de ransm issão saí
de da.

Portanto, essa função de comutação pode ser executada por computadores.
Entretanto um pequeno atraso é introduzido por cada switch (comutador),
porque para cada conversação um intervalo de tempo torna-se disponível
somente a cada T microssegundo e, em alguns casos, pode ser necessário esperar
alguns microssegundos (T = ~125) para copiar o conteúdo de um intervalo de
tempo em outro. Na maioria das redes digitais, este tempo geralmente é
desprezível e o principal fator de atraso é simplesmente o tempo de
propagação.

Vantagens e Desvantagens do uso de VoIP

Uma das principais vantagens da utilização da VoIP está no fato que esta
tecnologia, assim como nas redes de dados, utilizam uma comunicação baseada
na comutação por pacotes, ao invés da tradicional comutação por
circuitos empregada pela telefonia convencional.


Durante uma conversa em uma ligação telefônica o usuário geralmente
não fala todo o tempo da transmissão, geralmente fala-se menos da metade
do tempo durante a conversação. Uma vez que todas as pessoas precisam pensar
um pouco antes de falar.

Se apertássemos um botão a cada vez que falássemos, enviaria-se dados sobre
a linha telefônica somente quando de fato fosse falado alguma coisa e não quando
estivéssemos em silencio pensando na resposta a ser dada ao usuário do outro
lado da linha.

Ent na
ão rede el
t efôni convenci
ca onal exi e a
st um reserva recursos si
de fí cos que é
estabel da i ci de a
eci no ní o um conexão si e
fí ca perm anece durant t
e oda cham ada,
a
m esm o que não a
haj conversação.

Isso impossibilita que outros usuários possam usar esta conexão durante os
momentos vagos.

Na telefonia utilizando a comutação por pacotes, não existe um circuito
dedicado entre os dois assinantes: os dados de voz são enviados no formato de
pacotes à medida que vão sendo criados, e também são transmitidos pelo
caminho disponível na rede naquele instante através de roteadores.


Então com VoIP não há alocação de recursos para transmitir dados sem
necessidade. Isto trás o beneficio de uma rede otimizada, permitindo que pela
mesma rede onde se trafega seus dados, possa cursar também o trafego de suas
ligações telefônicas, e com essa integração o custo com a comunicação
cairá, pois será gasto menos com manutenção de equipes técnicas e infra-
estruturas diferenciadas.

Outro aspecto que é muito favorável às redes VoIP que é o de reduzir as tarifas
das ligações telefônicas principalmente nas que se referem às interurbanas, já
que uma empresa ao invés de optar por pagar uma conta telefônica com
inúmeros interurbanos que elevam e muito o valor da conta telefônica ela pode
escolher pagar um link (canal de comunicação) de dados que também
possa transmitir voz através da tecnologia VoIP (que não geram acréscimos
quanto a ligações interurbanas) pelo link.

É obvio que se esse tipo de tecnologia for colocada em prática pelas companhias
telefônicas, elas poderão e deverão realizar tarifação através de alguns
métodos, mas provavelmente essas tarifas serão bem inferiores em relação às
cobradas atualmente principalmente no que se refere a ligações internacionais.

Nas redes de dados por pacotes, os roteadores das redes utilizadas não
diferenciam se uma chamada de VoIP é para o Japão ou para a mesma cidade, o
que torna as ligações de voz sobre IP mais vantajosas para ligações
internacionais.


Outros benefícios que não são tão importantes como os citados anteriormente,
mas no entanto são interessantes são:

Com o uso de técnica usada em redes IP na telefonia os dispositivos IP (PC ou um
IPPhone - Telefone IP) podem ter o mesmo número de identificação em
qualquer lugar, mesmo que você mude sua localização constantemente.

Este tipo de serviço pode ser realizado através de um servidor DHCP (Dynamic
Host Configuration Protocol), que atribuirá um endereço IP válido ao dispositivo
VoIP em qualquer lugar da rede através do endereço físico do dispositivo.

Essa prática seria complicada se não impossível em uma rede telefônica
convencional e também esse tipo de troca de localidade constante iria gerar
custos adicionais exorbitantes para a empresa.

Também é valido mencionar que através da voz sobre IP é possível realizar
ligações através do nome do usuário. Isso é possível graças ao serviço chamado
DNS (Domain Name Service), que atribui nomes aos endereços IPs, já que os
nomes são bem mais fáceis de lembrar do que um número IP.

Existem algumas desvantagens que devem ser consideradas na pática de
conversação IP. Sendo uma o fato da arquitetura VoIP ainda estar em
desenvolvimento, e não existe uma padronização total de protocolos e
equipamentos, para uso comum, o que não ocorre na telefonia fixa convencional.


Outro problema é que o compartilhamento do canal de comunicação pode
levar a uma redução da banda reservada aos dados, proporcionando uma
menor velocidade na transmissão de dados durante a comunicação VoIP, pois
durante as chamadas de telefonia IP, uma parte da largura de banda utilizada
para dados estará sendo utilizada pela voz.

Uma outra desvantagem é que as redes de dados não possuem uma
qualidade de voz assegurada, ou seja, a ligação pode ser bem pior do ponto de
vista da qualidade de voz. Isto acontece por que as redes baseadas no protocolo
IP não fazem distinção entre pacotes de voz e um pacote de dados.

Por exemplo, se uma mensagem de e-mail chegar 1 segundo atrasada, não haverá
problema algum. Mas imagine se um “pedaço” de uma conversa chegando com 1
segundo de atraso: começa a ficar comprometida o entendimento da informação.

É obvio que uma rede de dados que trafega voz possui algumas desvantagens
(que tendem a serem resolvidas na medida em que essa tecnologia for se
desenvolvendo), mas há algumas maneiras de minimizar estes problemas de
forma a utilizar a rede de dados para a comunicação de voz de uma maneira
pratica e eficiente tornando ela um meio atrativo de comunicação.


Arquitetura VoIP

Mesmo que uma rede VoIP possa ser composta por vários dispositivos sua
arquitetura pode ser dividida em três formas básicas de se utilizar redes IP para
transmitir voz, Estas formas são:

1 - PC para PC

Esta arquitetura é a mais simples, sendo composta por dois computadores
equipados com placa de som, placa de rede ou modem, microfone, caixas de som
e algum programa de telefonia IP (Microsoft NetMeeting, por exemplo) onde o
conjunto de todos esse e equipamentos e software serão empregados em uma
rede IP, para realizar a comunicação.

2 - PC para Telefone

Neste cenário que também pode ser denominado PC-a-Gateway, um computador
pode se comunicar com um telefone comum, conectando a rede telefônica
tradicional, através do uso de gateways. Os gateways são dispositivos que farão
a conversação entre os pacotes recebidos pela rede IP para um sinal que pode
ser entendido e transmitido pela rede telefônica convencional ou outro tipo de
rede eventualmente. Esse caso é bem mais complexo que o primeiro.

Na arquitetura PC para Telefone, pode ser necessário utilizar-se uma nova
entidade entre os dispositivos que irão se comunicar está, nova entidade chamas-
se gatekeeper e sua função é tornar o endereço IP transparente ao
usuário.

O gatekeeper é considerado por muitos o componente mais complexo e
talvez o mais importante de uma estrutura VoIP. No início esse componente
era considerado uma espécie de diretório que mapeava nomes amigáveis em
endereços IP, hoje em dia o gatekeeper tem bem mais serviços do que apenas
guardar nomes.

Já o gateway fica sabendo a partir da mensagem de configuração da chamada
VoIP enviada pelo terminal qual é o numero de telefone que ele deve chamar,
então o gateway converte os pacotes IP para um formato que a rede telefônica
tradicional compreenda e tão logo o gateway encontre o telefone ele realiza o
início da conexão.


3 - Telefone para Telefone

No cenário telefone-para-telefone, a chamada começa como uma ligação
telefônica convencional, mas o gateway faz a conversão dos pacotes que serão
transmitidos pela rede IP. Do outro lado, a conversão é realizada para ser
novamente transmitida pela rede telefônica convencional até o outro usuário.

Depois dessas etapas ocorre o equivalente a uma ligação telefônica normal.

Ao término da conversa é necessário desligar. Na fase de finalização quem
encerra a ligação precisa primeiro fechar seus canais lógicos usando mensagens
de término da ligação enviadas para o gatekeeper, no qual depois desta
mensagem o gateway envia uma confirmação de término aos dispositivos onde
através desta mensagem será fechado todos os canais abertos pela comunicação
VoIP e finalmente a ligação é encerrada.


Esta arquitetura tem a tendência de ser a mais utilizada no futuro, pois ela não
requer que os usuários utilizem computadores e por conseqüência esses usuários
não terão de possuir qualquer conhecimento sobre computadores para realizar as
ligações de voz sobre IP.


Embora as arquiteturas mostradas ilustrem a utilização da voz sobre IP na
Internet, existe um consenso de que ao menos em curto e medido prazo a
aplicação de VoIP para serviços de telefonia se dará apenas em redes
privadas ou Intranets, sendo então utilizada em menor escala na Internet.

Agora quando se trata de longo prazo esse tipo de tecnologia deverá ser muito
utilizado no futuro pelas próprias prestadoras de serviços telefônicos tradicionais,
com o intuito de reduzir custos com as taxas pagas as prestadoras telefônicas de
outros países, reduzindo assim o custo telefônico para os usuários desta
prestadora.

A dificuldade de se imaginar, no momento, serviços de telefonia sobre a Internet
está no fato desta rede ser hoje do tipo “melhor esforço”, impedindo que se possa
oferecer uma Qualidade de Serviço (QoS) adequada ao tráfego de telefonia.

Atualmente quem está desfrutando da tecnologia VoIP são grandes
corporações, bancos, algumas universidades e o governo.

No entanto é quase certo que muito em breve, todos poderão usufruir dos
benefícios de uma rede de dados que transmite voz e também é evidente que
todas as arquiteturas mostradas anteriormente serão muito empregadas em
redes privadas e públicas, proporcionando enormes facilidades para o usuário
que deseja se comunicar com qualquer parte do mundo.


Atividade VoIP 1

1 - Pesquise como era realizada as primeiras ligações telefônicas e quais eram os
componentes utilizados para realizar tais chamadas.

2 – Diferencie comutação por pacotes e comutação por circuitos.

3 – Quais são as vantagens e desvantagens da telefonia convencional?

4 - Quais são as vantagens e desvantagens no uso de VoIP?

5 - Descreva as arquiteturas básicas das redes VoIP?

6 – Quais são os principais software e hardware utilizados atualmente para a
comunicação VoIP na Internet?

7 – Verifique na Internet algumas das taxas cobradas para a telefonia via
Internet.


RTP /RTCP

O uso de serviços de voz sobre uma rede de dados baseada na arquitetura TCP/IP
pode causar sérios problemas no que se refere à performance da transmissão da
voz, pois o TCP/IP não foi projetado para suportar aplicações de tempo real como
a transmissão de voz e vídeo exige, não tendo assim como garantir uma boa
qualidade de serviço.

Para se conseguir um bom serviço de VoIP, é necessário conhecer o tráfego
existente na rede, também deve se conhecer o tipo de aplicação que deseja-se
implantar, e somente então projetar como a rede deverá ser estruturada.

Para ajudar nesta tarefa foram desenvolvidos os protocolos RTP e RTCP.

RTP (Real-Time Transport Protocol)

O RTP ou Protocolo de Transporte em Tempo Real foi projetado para permitir
que receptores compensem o atraso (jitter) na entrega dos pacotes e a perda de
seqüência dos pacotes introduzidos pelas redes IP.

O RTP pode ser usado para qualquer fluxo de dados, mas são geralmente usados
com pacotes de dados contendo mídias continuas em tempo real, como voz e o
vídeo em conexões unicast ou multicast.


O RTP atua como uma interface melhorada entre as aplicações de tempo real e os
protocolos das camadas de aplicação e transporte. De uma maneira geral, o RTP
não garante o fornecimento de pacotes ou previne que os pacotes sejam
entregues fora de ordem, e também não assume que a rede na qual ele está
rodando torne-se confiável.

Apesar do RTP poder ser considerado um protocolo da camada de transporte, ele
é usualmente executado como uma parte da camada de aplicação e tipicamente
faz uso dos serviços de multiplexação e checksum oferecidos pelo UDP. Outros
protocolos de transporte, tais como o TCP, também podem carregar os pacotes
RTP.

O RTP define um modo de formatar os pacotes IP que carregam dados isócronos
e para isto incluem algumas informações para tentar controlar dados multimídia,
tal como:

●Identificação de Payload: esta identificação informa qual o tipo de dado que
está sendo transportado no pacote RTP. Esta informação é muito importante, pois
é através desta que os dados do pacote RTP são decodificados no destino. Os
tipos de payload são essencialmente codecs (codificadores) que são usados para
digitalização de áudio e vídeo. O RTP não define ele próprio o formato de seção
de payload, cada aplicação deve definir, ou referir-se a, um perfil.


●Timestamps: É a indicação do tempo de amostragem, normalmente utilizado
para seqüenciar os pacotes no destino (principalmente para vídeos onde o
timestamp pode dizer a qual parte da tela faz parte um pacote) já que o atraso
variável entre a fonte e o destino em uma rede baseada em pacotes (Internet) faz
com que os pacotes cheguem ao destino com intervalos entre pacotes irregulares.

A variação no tempo de entrega de pacotes é um efeito chamado de jitter, e pode
resultar em uma perda significativa na qualidade da voz ou vídeo de uma rede
baseada em pacotes. O RTP auxilia na solução deste problema incluindo em seu
cabeçalho um campo de 32 bits denominado Timestamp. O conteúdo do
Timestamp reflete o instante de amostragem do primeiro octeto contido no
pacote RTP. O valor associado ao primeiro pacote de um fluxo de pacotes é
escolhido aleatoriamente. Para os pacotes subseqüentes, o valor do Timestamp é
incrementado de forma linear de acordo com o número de “ticks de clock” que
ocorrem desde o último pacote;

●Números de seqüência: Permitir a reordenação dos pacotes já que redes
baseadas em datagrama não garantem a chegada em ordem dos pacotes no
destino. Então, o RTP associa através do campo Sequence Number, um número
de seqüência a cada pacote enviado. Este número de seqüência pode ser utilizado
também para detectar a perda de pacotes na rede.

Embora não seja feito usualmente a retransmissões de pacotes perdidos em redes
de tráfego em tempo real, a informação de perda de pacote pode ser útil no
processo de decodificação.


Nas transmissões utilizando RTP, diferentes tipos de mídia serão enviados em
diferentes sessões de RTP mesmo que façam parte da mesma comunicação.

Por exemplo, em uma videoconferência são transmitidos dois tipos de mídia,
sendo uma para o áudio e outra para o vídeo. Assim, os pacotes de áudio serão
transmitidos por uma sessão RTP enquanto os pacotes contendo as imagens serão
transmitidos por outra conexão RTP completamente diferente e independente.

O RTP ainda pode levar em consideração a possibilidade de haver receptores que
queiram receber a mídia em um formato diferente dos demais.

Por exemplo, alguns usuários podem ter a sua disposição redes com largura de
banda maior ou conexões de alta velocidade. Desta forma, não seria adequado
forçá-los a receber vídeos e áudios de qualidade reduzida por causa de conexões
de usuários de redes com larguras de bandas reduzidas ou de baixa velocidade.
Nestes casos o protocolo RTP usa um misturador (mixer) que é posicionado
perto de locais da rede com banda passante reduzida, tal mixer toma as mídias
dos pacotes que chegam ao ponto da rede menos privilegiado e reconstrói o
conteúdo tornando-o mais adequado aquela rede (utilizando outro tipo de codec,
por exemplo). Porém apesar de reconstruir os dados a identificação das fontes
que contribuíram para esta comunicação são mantidas.


Antes de entrar em detalhes na arquitetura do RTP é necessário algumas
definições extras quanto ao RTP:

Sessão RTP

Uma sessão RTP é uma associação de participantes que se comunicam no RTP.
Cada participante usa dois endereços de transporte (por exemplo, duas portas
UDP) para cada sessão, sendo: uma para o fluxo de dados RTP e outra para as
mensagens RTCP. Quando uma transmissão multicast é usada, todos os
participantes usam o mesmo par de endereços de transporte multicast. Fluxos de
dados na mesma sessão devem compartilhar um canal RTCP comum.

Fonte de sincronização SSRC (Synchronization Source)

A fonte de um fluxo RTP, é identificada por 32 bits no cabeçalho RTP. Todos os
pacotes RTP com um SSRC comum possuem uma mesma referencia de tempo e
de seqüênciamento.

Fonte contribuinte CSRC (Contributing Source)

Quando um fluxo RTP é o resultado de uma combinação de vários fluxos
contribuintes feita por um misturador (mixer) RTP, a lista com os SSRCs de cada
um dos fluxos contribuintes é adicionada ao cabeçalho RTP do fluxo resultante
tem seu próprio SSRC. Esse recurso não é usado no H.323.


Um pouco mais sobre Payload

Antes de começar a especificar o pacote RTP vamos ver mais a detalhadamente
um campo importante que é o tipo de payload (payload Type – PT): o payload de
cada pacote RTP é a informação em tempo real contida em cada pacote.

O seu formato é completamente livre e deve ser definido pela aplicação ou pelo
perfil do RTP em uso. Com o objetivo de distinguir um formato em particular dos
demais, sem que seja necessário analisar o conteúdo do payload, o cabeçalho de
cada pacote RTP contém um identificador de tipo payload.


O Pacote RTP

V - 2 bits são reservados para a versão do RTP. A versão atual é a 2 (‘10’ em
binário). A versão 0 foi usada pelo VAT e a versão 1 foi uma versão anterior do
IETF (Internet Engineering Task Force).

P - Um bit de padding indica se o payload sofreu enchimento para fins de
alinhamento. Se tiver havido enchimento (P=1), então o ultimo octeto do campo
de payload indica precisamente quantos octetos de enchimento foram
acrescentados ao payload original.

X - Um bit de extensão X indica a presença de extensões após eventuais CSRC do
cabeçalho fixo.

CC - O contador CSRC (CC) de 4 bits informa quantos identificadores CSRC vêm
após o cabeçalho fixo. O valor de CC pode ir de zero (o mais usual) a 15.

M - Marcador (M): 1 bit. O seu uso é definido pelo perfil RTP. O H.225.0 informa
que, para codificações de áudio que suportam supressão de silencio, ele deve ser
colocado em 1 no primeiro pacote de cada período de fala (talkspurt)
subseqüente a um período de silêncio.

PT - Tipo de payload (PT); 7 bits. Alguns tipos de payload estáticos são definidos
no RFC (Request For Comments) 1889 e no RFC’Assingned Numbers’ (RFC
1700). Para o H.323 a referencia é o H.225.

Numero de seqüência - 16 bits. Começa com um valor aleatório e é
incrementado a cada pacote RTP.

Timestamp - 32 bits. A freqüência do clock é definida de maneira diversa para
cada tipo de payload. O clock é sempre inicializando com um valor aleatória e
alimenta um contador de pulsos de clock. Se o payload contiver vídeo, o
timestamp desse pacote RTP será o valor da contagem de pulsos de clock (tick
count) no instante em que foi obtido o primeiro quadro de vídeo codificado
inserido no payload desse pacote. No caso de áudio, o timestamp RTP é o valor de
contagem de pulsos de clock no momento em que a primeira amostra de áudio
contida no payload foi produzida.


Os campos que precedem a lista CSRC que estão sempre presentes em um
pacote RTP. Já a lista CSRC está presente apenas depois de passar por um
misturador e, portanto, não estará presente no contexto do H.323 que é um dos
padrões mais utilizados em VoIP.

RTCP (Real Time Control Protocol)

O RTCP (Protocolo de Controle em Tempo Real), geralmente é usado com o RTP
para permitir o transporte de algum retorno sobre a qualidade da transmissão (a
quantidade de jitter, a perda média de pacotes, etc.) e também pode transportar
algumas informações a respeito da identidade dos participantes.

Com o uso do RTP e o RTCP a rede IP não será afetada em qualquer momento, os
pacotes RTP de maneira alguma controlaram a qualidade de serviço. A rede pode
perder, inserir atraso ou perder a seqüência de um pacote RTP da mesma
maneira que qualquer outro pacote IP. O RTP não deve ser confundido com
protocolos como o RSVP (Resource reSerVation Protocol – Protocolo de Reserva
de Recurso), pois o RTP e o RTCP simplesmente permitem aos receptores
compensar o jitter da rede, por meio de controle de buffer e seqüênciamento
apropriados, e ter mais informações a respeito da rede de maneira que medidas
corretivas apropriadas possam ser adotadas.


O RTP é tradicionalmente associado a uma porta UDP de número par e o RTCP, à
próxima porta UDP de numero ímpar.

O RTCP e usado para transmitir aos participantes, de tempo em tempos, pacotes
de controle relativos a uma sessão RTP em particular. Esses pacotes de controle
podem incluir informações a respeito dos participantes (seus nomes, endereços
de e-mail etc.) e informações sobre o mapeamento dos participantes em suas
fontes de fluxo individuais.

A informação mais útil encontrada nos pacotes RTCP no contexto do H.323 é
aquela que diz respeito à qualidade da transmissão na rede. Todos os
participantes das sessões enviam pacotes RTCP. Os transmissores enviam sender
reports e os receptores enviam receiver reportes como nos será visto a seguir.

Limitações de largura de banda

Todos os participantes devem enviar pacotes RTCP, o que causa um problema de
dimensionamento em potencial para grandes conferencias multicast: O tráfego
RTCP deve crescer linearmente com o número de participantes.

Esse problema não existe com fluxos RTP em conferências com apenas áudio que
usem supressão de silêncio, por exemplo, uma vez que as pessoas geralmente não
falam ao mesmo tempo.


Visto que o número de participantes é conhecido por todos os participantes que
ouvem os relatórios (reports) RTCP, cada um deles pode controlar a taxa com que
envia relatórios RTCP.

Isso é usado para limitar a largura de banda usada pelo RTCP a um valor
razoável, normalmente não é mais do que 5% da largura de banda da sessão.

Essa reserva tem de ser compartilhada por todos os participantes. O RTP estipula
que os transmissores ativos fiquem com um quarto da reserva (1/4), porque
algumas das informações que eles enviam (p.ex: as informações CNAME usadas
para sincronização) são muito importantes para todos (senders e reportes). A
parte restante é dividida entre os receptores.

Mesmo no caso de sessões pequenas, a taxa mais rápida com que um
participante consegue enviar relatórios RTCP é um a cada cinco segundos.

Tipos de pacotes RTCP

Há vários tipos de pacotes RTCP para cada tipo de informação:

SR (Sender Reports): contêm informações de transmissão e recepção para
transmissores ativos;


RR (Receiver Reports): contêm informações de recepção para ouvintes que não
sejam também transmissores ativos;

SDES (Source Descriptions): descrevem vários parâmetros da fonte, inclusive
o CNAME;

BYE: enviado por um participante quando ele abandona a conferencia;

APP: função específica de uma aplicação.

Vários pacotes RTCP podem ser colocados em único pacote do protocolo de
transporte. Cada ‘mensagem’ RTCP contém informação suficiente para ser
decodificada adequadamente se várias dessas mensagens RTCP forem colocadas
em um único pacote UDP. Esse empacotamento pode ser útil para reduzir o
overhead de largura de banda consumido pelo cabeçalho do protocolo de
transporte.


Pacotes SR (Sender Report) e RR (Receive Report)

Cada SR contém três seções obrigatórias, a primeira seção contém:

O contador de relatórios de recepção (RC), de 5 bits, que é o número de blocos
de relatórios incluídos neste SR;


O tipo de payload (PT), que é 200 para um SR. Com o objetivo de evitar que se
misture um pacote RTP regular com um SR, os pacotes RTP devem evitar os tipos
de payload 72 e 73, que podem ser confundidos em SRs e RRs quando o bit
marcador (M) estiver ligado (mas normalmente uma porta UDP é dedicada ao
RTCP para eliminar essa possível confusão);

O tamanho desse SR, representado em 16 bits, que inclui o cabeçalho e o
enchimento e expressa o número de palavras de 32 bits menos 1;

O SSRC do originador desse SR. Esse SSRC também estará nos pacotes RTP
originados a partir dessa estação.

A segunda seção contém informações a respeito de fluxo RTP enviado por esse
transmissor:

O timestamp NTP (forma padrão para informação de tempo) do instante de tempo
em que se dá o envio desse relatório. Um transmissor pode fixar o bit de mais
alta ordem em 0 se ele não conseguir obter o tempo NTP absoluto e este e apenas
um valor NTP relativo ao início dessa seção (considerando-se que durara menos
que 68 anos). Se um transmissor não conseguir obter o tempo transcorrido
(elipsed time), ele poderá fixar o timestamp em 0;


O timestamp RTP, que representa o mesmo tempo que anteriormente, mas com
as mesmas unidades e um offset aleatório, como ocorre nos timestamps dos
pacotes RTP;

A contagem de pacotes do transmissor (32bits), do início dessa sessão até esse
SR. Ele é reinicializado em zero se o SSRC tiver de mudar (isso pode acontecer
em uma conferencia H.323 com diversos participantes, quando o MC ativo
especifica números de terminais);

A contagem de octetos do payload do transmissor (32bits), desde o inicio dessa
sessão. Também é reinicializado em zero se o SSRC mudar.

A terceira seção contém um conjunto de blocos de relatórios de recepção, um
para cada fonte da qual esse transmissor teve conhecido desde o último RR ou
SR. Cada um deles tem o mesmo formato


SSRC_n (identificador da fonte): 32 bits – o SSRC da fonte a respeito da qual se
está relatando;

Fração perdida: 8 bits – igual ao valor da expressão (pacotes recebidos/ pacotes
esperados*256), arredondado para baixo;

Número cumulativo de pacotes perdidos: 24 bits – número cumulativo de pacotes
perdidos desde o inicio da recepção. Pacotes atrasados não são contados como
perdidos e pacotes duplicados são contados como pacotes recebidos;

Valor estendido do mais alto número de seqüência recebido: 32 bits. Os 16 bits
mais significativos contem os números de seqüência (isto é, o número de vezes
em que a contagem atingiu o valor Máximo e retornou a zero) e os últimos 16 bits
contém o mais alto número de seqüência recebido em um pacote de dados RTP
proveniente dessa fonte (mesmo SSRC);

Jitter entre chegadas: 32bits. Uma estimativa da variância do tempo entre
chagadas subseqüentes de pacotes RTP, medida nas mesmas unidades que o
timestamp RTP. O calculo é feito comparando-se o timestamp RTP dos pacotes
que chegam com o clock local e tomando-se as médias dos resultados.

Último timestamp SR (LSR): 32 bits. Os 32 bits do meio do timestamp NTP do
último SR recebido (esta é a forma NTP compacta);


Atraso desde o último SR recebido (DLSR): 32 bits. Expresso na forma NTP
compacta (ou seja, em múltiplos de 1/65536 s). Junto com último timestamp SR, o
transmissor desse último SR pode usá-lo para calcular o tempo de ida-e-volta
(round trip time).

Um RR (Receiver Report) parece-se com um SR, exceto pelo fato de que o campo
PT é agora 201 e a segunda seção (relativa ao transmissor) não está presente. Ele
pode ser usado por receptores passivos que não geram fluxos RTP.

Pacote SDES: pacote RTCP de descrição de fonte (source description), um
pacoteSDES possui um PT igual a 202 e contem blocos SC (Source Count). Cada
bloco contém um SSRC ou um CSRC e uma lista de informação. Cada elemento
dessa lista é codificado usando-se o formato TVL (Type, Lenght, Value – Tipo,
Tamanho, Valor).

Os seguintes tipos existem, mas apenas o CNAME precisa esta presente:
➢CNAME = 1 (tem um valor diferente para cada participante da sessão e aparece

na forma de usuário@, ou como o endereço IP ou o nome do domínio da estação);
➢NAME = 2 (nome comum da fonte);

➢EMAIL = 3;

➢PHONE = 4;

➢LOC = 5 (localização).

O pacote BYE do RTCP indica que uma ou mais fontes (como indicadoras pelo
contador de fontes SC) não estão mais ativas. Esse pacote não é usado no H.323.


Atividade 2

1 - Defina de forma simples os protocolos RTP e RTCP.

2 - O que é jitter em uma rede VoIP?

3 - Como o RTP e o RTCP influenciam na entrega de pacotes IP? Por que?

4 - Para que serve o número de seqüência e o timestamp em um pacote RTP?
Como estes campos são usados com áudio e vídeo?

5 - Descreva a função do tipo de payload.

6 - Especifique da melhor forma possível o pacote RTP, descrevendo brevemente
os campos do pacote.

7 - O que é payload? Indique alguns payloads existentes, para isto procure pela
RFC 1889.

8 - Qual é o nome dos pacotes RTCP enviados respectivamente por um
transmissor e por um receptor.

9 - Como o RTCP trata o problema de taxa de envios de relatórios em
conferências com muitos participantes? E por que este problema não é tão
incomodo para transmissão de áudio via RTP?


10 - Quais são os tipos de pacotes RTCP?

11 - Descreva o formato do pacote RTCP.


fim

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